活性炭的表面積巨大，有很高的物理吸附和化學(xué)吸附功能。因此活性炭吸附法被廣泛應(yīng)用在廢水處理中。活性炭吸附是指利用活性炭的固體表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用,以達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。今天我們就一起來了解下活性炭吸附法在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用。
一、影響活性炭吸附的因素
吸附能力和吸附速度是衡量吸附過程的主要指標(biāo)。吸附能力的大小是用吸附量來衡量的。而吸附速度是指單位重量吸附劑在單位時間內(nèi)所吸附的物質(zhì)量。在水處理中,吸附速度決定了污水需要和吸附劑接觸時間。 活性炭的吸附能力與活性炭的孔隙大小和結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來說,顆粒越小,孔隙擴(kuò)散速度越快,活性炭的吸附能力就越強(qiáng)。 污水的pH值和溫度對活性炭的吸附也有影響。活性炭一般在酸性條件下比在堿性條件下有較高的吸附量。吸附反應(yīng)通常是放熱反應(yīng),因此溫度低對吸附反應(yīng)有利。 當(dāng)然,活性炭的吸附能力與污水濃度有關(guān)。在一定的溫度下,活性炭的吸附量隨被吸附物質(zhì)平衡濃度的提高而提高。
二、活性炭的吸附機(jī)理
活性炭在制造過程中，其揮發(fā)性有機(jī)物被去除，晶格間生成空隙，形成許多形狀各異的細(xì)孔。其孔隙占活性炭總體積的70%～80%，每克活性炭的表面積可高達(dá)500～1700平方米，但99.9%都在多孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。活性炭的極大吸附能力即在于它具有這樣大的吸附面積。活性炭的孔隙大小分布很寬，從 10-1nm到104nm以上，一般按孔徑大小分為微孔、過渡孔和大孔。在吸附過程中，真正決定活性炭吸附能力的是微孔結(jié)構(gòu)。活性炭的全部比表面幾乎都是微孔構(gòu)成的，粗孔和過渡孔只起著吸附通道作用，但它們的存在和分布在相當(dāng)程度上影響了吸附和脫附速率。
研究表明：在吸附過程中發(fā)生溶質(zhì)由溶劑向活性炭吸附劑表面的質(zhì)量傳遞，推動力可以是溶質(zhì)的疏水特性或溶質(zhì)對吸附劑表面的親和性，或兩者均存在。在水處理中通過活性炭吸附而被去除的物質(zhì)一般為兼有疏水基團(tuán)與親水基團(tuán)的有機(jī)化合物。溶質(zhì)對吸附劑表面的親和力可分為兩類：一類是溶質(zhì)在溶劑中的溶解度;另一類則是溶質(zhì)與吸附劑之間的范德華力、化學(xué)鍵力和靜電引力。嚴(yán)格地說，活性炭吸附是一個很復(fù)雜的過程。它是利用活性炭的物理吸附、化學(xué)吸附、交換吸附以及氧化、催化氧化和還原等性能去除水中污染物的水處理方法。
三、活性炭吸附法在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用
(1)活性炭吸附法對含油污水的處理
石油及其產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使油污染成為一種常見的污染，嚴(yán)重的影響了環(huán)境和生態(tài)的平衡。由于石油開采、石油貯運(yùn)、石油煉制、石油化工、車輛清洗等過程都會產(chǎn)生含有污水，導(dǎo)致含油污水的產(chǎn)量逐漸增多，而且涉及范圍廣泛。當(dāng)今對含油污水的處理已經(jīng)有很多方法，包括重力分離法、粗粒化法、過濾法、超聲波法、吸附法等，新的處理方法還在不斷的研發(fā)中。
吸附法是利用一些親油性的材料對水中的溶解油和其他溶解性有機(jī)物進(jìn)行吸附的方法。由于含油污水的處理方法較多，而活性炭相對來說成本較高，且活性炭對油的吸附量有限，所以，在含油污水處理中，活性炭吸附法一般用作多級處理的最后一級，來去除廢水中的微量污染物，進(jìn)行水的深度凈化處理，處理后的水含油量難度可以降到0.1～0.2mg/L。
(2)活性炭吸附法對染料廢水的處理
紡織印染工業(yè)是我國的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)之一，在新時期也獲得了快速的發(fā)展。但印染污水的排放量也在逐漸增加，據(jù)不完全統(tǒng)計，我國印染污水的日排放量為3000～4000kt，印染廠每加工100m織物，就會產(chǎn)生3～5t的廢水。印染廢水具有充分復(fù)雜、色度深、濃度大、COD和BOD值較高、水質(zhì)變化大等特點(diǎn)，處理起來比較困難。活性炭吸附法是利用活性炭的多孔性對廢水中的污染物進(jìn)行吸附，以達(dá)到凈化印染廢水的目的，它能夠有效地去除廢水的色度和COD與BOD。
印染廢水的處理方法很多，主要有氧化、生物降解、絮凝、膜分離、吸附等，這些方法各有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。活性炭處理印染廢水癌國內(nèi)外都有研究，但由于印染廢水處理難度大，單獨(dú)使用活性炭進(jìn)行印染廢水處理的使用和研究都很少，大多是和其他工藝耦合，將活性炭作為載體和催化劑或者是將其用于深度處理，以更好的對印染廢水進(jìn)行凈化和脫色。
(3)活性炭吸附法對重金屬廢水的處理
活性炭對重金屬離子的吸附，除了表面積大，發(fā)達(dá)的孔隙和較大的空容量外，由于活性炭表面穩(wěn)定且可調(diào)控、可改變的含氧和含氮官能團(tuán)的存在對重金屬例子的化學(xué)吸附，是決定活性炭吸附重金屬離子多少的關(guān)鍵因素。
